DE2361966A1

DE2361966A1 - Regelventil

Info

Publication number: DE2361966A1
Application number: DE2361966A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Digi Table Thielen & Co K GmbH
Current assignee: Digi Table Thielen & Co K GmbH
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1975-06-19

Description

236196S

Andrejewski, Honke 6V Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 42 902/Di. Hans Dieter Gesthuysen

4300 Essen, den 29. November 1973 Theaterplatz 3

P atentanme!dung

digi - table Thielen GmbH & Co. KG

4300 Essen,, Ernst straße. 42. . .

"Regelventil"

Regelventile sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere sind solche bekannt mit Durchflußgehäuse und darin angeordnetem Ventilsitz, an das Durchflußgehäuse angeschlossenem Gehäusehals und darauf aufgesetztem Stellantrieb mit Antriebsstange, gegebenenfalls Ventilstange, Rückstellfeder und in dem Gehäusehals gegen den Ventilsitz geführten Ventilkörper mit Druckausgleichsbohrung. Druckausgleich ist insbesondere bei höheren Druckdifferenzen und größeren Nennweiten er-

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forderlich, weil anders zu hohe Stellkräfte zur Betätigung des Ventilkörpers benötigt werden. Der verlangte Druckausgleich läßt sich dadurch erreichen, daß oberhalb des Ventilköfpers entweder der Eingangsdruck oder Ausgangsdruck gegenwirkt. Dazu erhält der Ventilkörper eine Druckausgleichsbohrung, welche einerseits oberhalb des Ventilkörpers im Gehäusehals mündet, andererseits auf der Eingangsseite oder Ausgangsseite des Durchflußkanals im Durchflußgehäuse. Die bisher bekannten Ventilkörper weisen daher regelmäßig einerseits einen Dichtkegel auf, welcher gegen den Ventilsitz arbeitet, andererseits einen in dem Gehäusehals bzw. in einer darin eingesetzten Führungsbuchse geführten Dichtkolben. Dieser Dichtkolben ist regelmäßig mit zumindest einem Dichtungsring versehen, um einwandfreie Abdichtung bzw. Drucktrennung zu erreichen und ein übertreten des Eingangsdruckes auf die Ausgangsseite zu vermeiden. Dieser Dichtungsring ist jedoch insbesondere im Dauerbetrieb erheblichem Verschleiß ausgesetzt, so daß schließlich einwandfreie Abdichtung und Drucktrennung nicht mehr gewährleistet ist. Abgesehen davon resultieren aus dem Einsatz von Ventilkörpern mit Dichtungsring nachteilige Reibungsverhältnisse und daraus höhere Stellkräfte. Das gilt insbesondere auch unter Berücksichtigung der verhältnismäßig komplizierten und aufwendigen Ausbildung des Ventilkörpers selbst, welcher eben aus einem Dichtkolben und Dichtkegel aufgebaut ist. Höhere Stellkräfte aber verlangen größere Stellantriebe, auch um die erforderlichen Schließkräfte zu erreichen. Solche Stellantriebe können, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Membranantriebe oder Kolbenantriebe sein. Größere Stellantriebe wiederum verlangen einen verhältnismäßig hohen Energiebedarf. Hinzu kommt, daß die Füllung und Entleerung größerer Stellantriebe beachtliche Zeiten in Anspruch nimmt, so daß verhältnismäßig lange Stellzeiten in Kauf genommen werden. Außerdem resultieren aus dem Aufbau der Ventil-

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körper aus Dichtkolben und Dichtkegel verhältnismäßig lange Hübe. Abgesehen davon führen größere Stellantriebe zu größeren Bauhöhen. - Das alles sind Nachteile, welche die Erfindung vermeiden will. -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil der eingangs beschriebenen Art mit Differenzdruckausgleich zu schaffen, welches auch im Dauerbetrieb stets einwandfreie Abdichtung bzw. Trennung zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck gewährleistet, sich darüber hinaus durch extrem geringe Stellzeiten, niedrigen Energiebedarf und kompakte, einfache Bauweise auszeichnet.

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit Durchflußgehäuse und darin angeordnetem Ventilsitz, an das Durchflußgehäuse angeschlossenem Gehäusehals und darauf aufgesetztem Stellantrieb mit Ventilspindel, Rückstellfeder und in dem Gehäusehals gegen den Ventilsitz geführtem Drosselkörper mit Druckausgleichsbohrung. Die Erfindung besteht darin, daß in den Gehäusehals als Rückstellfeder eine die Ventilspindel umgebende Wellrohrfeder eingesetzt und die Wellrohrfeder dicht einerseits an den Drosselkörper, andererseits an das obere Ende des Gehäusehalses angeschlossen ist, und daß der Drosselkörper in an sich bekannter Weise als Kolben mit Druckausgleichsbohrung (-en) im Kolbenboden und gegen die Dichtfläche des Ventilsitzes gerichtetem Kolbenmantel mit konisch zulaufender Dichtkante ausgebildet ist. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zunächst einmal zur Folge, daß die Wellrohrfeder nicht nur die Rückstellfeder ersetzt, sondern auch den bzw. die sonst erforderlichen Dichtungsringe für den DrosselkÖrper, um eine einwandfreie Abdichtung bzw. Trennung zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck zu erreichen. Nach Lehre der

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Erfindung wird also die Abdichtung bzw. Trennung von Eingangsseite und Ausgangsseite des erfindungsgemäßen Regelventils aus dem Drosselkörperbereich bzw. -führungsbereich in den Gehäusehals verlegt. Weiter sorgt die Ausbildung des Drosselkörpers mit konisch zulaufender und damit scharfer Dichtkante dafür, daß gleiche Stellkräfte weitaus höhere Schließdrücke ermöglichen. Folglich werden die erforderlichen und von der Wellrohrfeder aufzubringenden Stellkräfte wesentlich verringert. Abgesehen davon, daß die scharfkantige Ausbildung des Drosselkörpers eine etwa 80 %ige Verringerung der Stellkräfte gegenüber herkömmlichen Drosselkörpern mit Dichtkolben und Dichtkegel erbringen, können die restlichen 20 % praktisch ganz durch die Wellrohrfeder kompensiert werden, indem die dazu erforderliche Federkraft des Wellrohres durch eine entsprechende Bemessung des Wirkdurchmessers unter Berücksichtigung des Betriebsdruckes erreicht und sogar positiv oder negativ gestaltet werden kann. Es sind folglich nur noch verhältnismäßig niedrige Stellkräfte für die Bewegung des Drosselkörpers aufzubringen. Darüber hinaus ist auch nur noch ein verhältnismäßig kleiner Hub für den lediglich als Kolben ausgebildeten Drosselkörper erforderlich, weil der Dichtkegel entfällt und der Drosselkörper damit praktisch als Tellerkegel ausgebildet ist. Aus diesem Grunde verlangt das erfindungsgemäße Regelventil einen verhältnismäßig kleinen Stellantrieb bei niedrigem Energiebedarf. Folglich nimmt auch das Füllen und Entleeren des Stellantriebes nur noch wenig Zeit in Anspruch, lassen sich also extrem kurze Stellzeiten erreichen. Dabei können die Stellzeiten so gering sein, daß sie für manche Regelfälle sogar gedrosselt werden müssen. Diese Drosselung aber läßt sich in einfacher Weise stufenlos und optimal an dem Stellantrieb bewerkstelligen. Gerade diese einfache und optimale Einstellung ist bei Inbetriebnahme eines

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Regelkreises nicht nur sehr angenehm, sondern für die Verbesserung der Regelqualitat sogar äußerst wichtig. Gleichzeitig bedeutet niedriger Energiebedarf geringe Energiekosten. Darüber hinaus läßt der verhältnismäßig kleine Stellantrieb bei dem erfindungsgemäßen Regelventil eine besonders kompakte Bauweise mit niedriger Bauhöhe verwirklichen, was für den Einsatz eines Regelventils von besonderer Bedeutung ist. - In den oben aufgeführten Vorteilen ist der wesentliche durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt zu sehen.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So kann die Wellrohrfeder als Metallfeder ausgeführt sein und ist erfindungsgemäß einerseits mit einem Flanschkragen im Bereich des Kolbenbodens, andererseits mit einem Montagering verschweißt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Montagering mittels Distanzringe unterschiedlicher Höhe einerseits gegen das obere Ende des Gehäusehalses, andererseits gegen ein daran angeschlossenes Joch für den Stellantrieb abgestützt ist und die Distanzringe gegeneinander austauschbar sind. Jedes hochwertige Regelventil muß nämlich reversierbar sein, d. h., die Arbeitsweise des Regelven-■feils muß sich umkehren lassen. Bei Energieausfall muß ein Regelventil automatisch in eine Endstellung laufen können, und zwar entweder in Schließstellung oder Offenstellung. Bei dem erfindungsgemäßen Regelventil ist nun die Umstellung der Arbeitsweise einfach dadurch möglich, daß die Wellrohrfeder entweder als Zugfeder oder Druckfeder eingesetzt wird. Dazu bedarf es lediglich des Austausches der Distanzringe gegeneinander. Bei Einbau des höheren Distanzringes unterhalb des Montageringes funktioniert die Wellrohrfeder als Zugfeder, d. h., daß das erfindungsgemäße Regelventil bei Energieausfall öffnet. Die Umkehrung der Arbeitsweise wird durch den Einbau des niedrigeren

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Distanzringes unterhalb des Montageringes erreicht. - Schließlich sieht die Erfindung vor, daß Gehäusehals, Kolbenführung und Ventilsitz als einteilige Baueinheit mit zwischen Kolbenführung und Ventilsitz radialen Durchtrittsöffnungen ausgeführt sind, wobei der Innendurchmesser der Kolbenführung größer als der Dichtflächendurchmesser des Ventilsitzes gewählt ist. Dadurch wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Regelventils vereinfacht und seine Dichtwirkung zwischen Drosselkörper und Ventilsitz verbessert, zumal der Ventilsitz nicht länger als getrennter Sitzring im Ventilgehäuse angeordnet ist, sondern mit dem Gehäusehals und der Kolbenführung in einem Arbeitsgang bearbeitet werden kann. Endlich sieht die Erfindung vor, daß der Drosselkörper in an sich bekannter Weise lösbar an der Ventilspindel befestigt, z.B. darauf aufschraubbar ist. Von entscheidender Bedeutung für die Regelgüte eines Regelventils ist nämlich dessen Durchflußwert, wonach sich auch Nennweite und Ventilsitzdurchmesser richten. Da häufig mit Änderung der Betriebsverhältnisse geiBchnet und nicht jedesmal eine andere Ventilgröße eingebaut werden kann, werden bei den bekannten Regelventilen für jede Nennweite verschiedene Sitzdurchmesser vorgesehen. Die Umstellung eines Regelventils auf einen anderen Durchflußwert geschieht derart, daß Ventilsitz und Drosselkörper ausgetauscht werden, was in jedem Fall die Demontage des gesamten Regelventils bedingt. Die Änderung des freien Durchflußquerschnittes erfolgt also bisher durch den Austausch von Ventilsitz und Drosselkörper unter Änderung des Ventilhubes. Dieser Aufwand ist jedoch zeitraubend und kostspielig. Die Erfindung geht dagegen von dem Gedanken aus, daß bei allen Regelventilen der Sitzdurchmesser der Nennweite entspricht und bei Änderung des Durchflußwertes auch der Hub gleichbleiben kann. Nach Lehre dsr Erfindung ist nämlich bei Änderung des Durchflußwertes lediglich der Austausch von Drosselkörper, Wellrohrfeder und Montagering erforderlich. Die

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Änderung des Durchflußwertes kann aber auch durch bloßen Austausch des Kolbenmantels erreicht werden, wenn nämlich Kolbenboden und Kolbenmantel nach Empfehlung der Erfindung als miteinander verschraubbare Einzelteile ausgebildet sind. Grundsätzlich wird das erfindungsgemäße Regelventil für den maximalen Durchflußwert ausgelegt. Für diesen Fall entspricht die konische Dichtkante des Drosselkörpers dem äußeren Kolbendurchmesser. Bei Verkleinerung des Durchflußwertes auf beispielsweise den maximalen Wert der nächst kleineren Ventilgröße ist lediglich die Dichtkante auf den Innendurchmesser des als Kolben ausgeführten Drosselkörpers einzuziehen. Das erfindungsgemäße Regelventil braucht zu diesem Zweck nicht demontiert zu werden, so daß eine schnelle Anpassung an den Durchflußwert möglich ist. Auch die Beibehaltung des Ventilhubes stellt in diesem Zusammenhang einen weiteren bemerkenswerten Vorteil dar. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Regelventil dennoch durch besonders einfache Bauweise aus ', so daß auch dessen rationelle Fertigung möglich ist. Da ferner für jede Nennweite nur noch ein Ventiltyp benötigt wird, mindert dies in erheblichem Maße die Materialbevorratung und Ersatzteilhaltung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Regelventil im Vertikalschnitt und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 1 im Bereich des Drosselkörpers.

In den Figuren ist ein Regelventil mit Durchflußgehäuse 1 und darin angeordneten Ventilsitz 2, an das Durchflußgehäuse 1 angeschlossenem Gehäusehals 3 und darauf aufgesetztem Stellantrieb 4 mit Antriebsstange 5, Ventilspindel 6, Rückstellfeder 7 und

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in dem Gehäusehals 3 gegen den Ventilsitz 2 geführtem Drosselkörper 8 mit Druckausgleichsbohrung (-en) 9 dargestellt. In den Gehäusehals 3 ist als Rückstellfeder eine die Ventilspindel 6 umgebende Wellrohrfeder 7 eingesetzt. Die Wellrohrfeder 7 ist dicht einerseits an den Drosselkörper 8, andererseits an das obere Ende des Gehäusehalses 3 angeschlossen. Der Drosselkörper d ist als Kolben mit Druckausgleichsbohrung (-en) 9 im Kolbenboden 10 und gegen die Dichtfläche des Ventilsitzes 2 gerichtetem Kolbenmantel 11 mit konisch zulaufender Dichtkante 12 ausgebildet. Die Wellrohrfeder 7 ist als Metallfeder ausgeführt und einerseits mit einem Flanschkragen 13 im Bereich des Kolbenbodens 10, andererseits mit einem Montagering 14 verschweißt und über diesen an das obere Ende des Gehäusehalses 3 angeschlossen. Der Montagering 14 ist mittels Distanzringe 15 unterschiedlicher Höhe einerseits gegen das obere Ende des Gehäusehalses 3, andererseits gegen ein daran angeschlossenes Joch 16 für den Stellantrieb 4 abgestützt. Die Distanzringe 15 sind gegeneinander austauschbar sowie gegen das obere Ende des Gehäusehalses 3 bzw. das Joch 16 und den Montagering 14 abgedichtet. In der dargestellten Ausführungsform funktioniert die Wellrohrfeder 7 als Druckfeder, so daß das Regelventil bei Energieausfall schließt. Die Umkehr dieser Arbeitsweise wird durch bloßen Austausch der Distanzringe 15 erreicht, weil dann die Wellrohrfeder 7 als Zugfeder funktioniert. Gehäusehals 3, Kolbenführung 17 und Ventilsitz 2 sind als einteilige Baueinheit mit zwischen Kolbenführung 17 und Ventilsitz 2 radialen Durchtrittsöffnungen 18 ausgeführt, wobei der Innendurchmesser Ό_ν der Kolbenführung 17

is.

größer als der Dichtflächendurchmesser D„ des Ventilsitzes 2 gewählt ist. Dadurch läßt sich die Dichtfläche des Ventilsitzes 2 ohne Schwierigkeiten ebenso wie die Kolbenführung 17 bearbeiten, und zwar in Abstimmung aufeinander, so daß stets einwandfreie Dichtwirkung erreicht wird. Die Änderung des Durchfluß-

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wertes durch bloße Durchmesseränderung des Drosselkörpers 8 bzw. Kolbenmantels 11 ist in Fig. 2 angedeutet. Eine solche Änderung 'des Innendurchmessers des Kolbenmantels 11 bzw. Verlagerung seiner konisch scharfen Dichtkante 12 verlangt selbstverständlich den Austausch des Drosselkörpers 8 und damit der Wellrohrfeder 7 sowie des Montageringes 14. Dieser Austausch bereitet jedoch keine Schwierigkeiten. Zum besseren Verständnis sind in Fig. 1 noch der Eingangsdruck Pl sowie der Ausgangsdruck P2 und der Wirkdurchmesser D_w der WEllrohrfeder 7 eingezeichnet. - Der Drosselkörper 8 ist auf die Ventilspindel 6 aufgeschraubt. Der Kolbenboden 10 und der Kolbenmantel 11 sind als miteinander verschraubbare Einzelteile ausgebildet, so daß die Möglichkeit besteht, zur Änderung des Durchflußwertes lediglich den Kolbenmantel 11 von dem Kolbenboden 10 abzuschrauben und durch einen Kolbenmantel 11 mit entsprechender Konizität zu ersetzen. - Nach einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die einteilige Ventilspindel 6 einerseits mit dem Drosselkörper 2 und andererseite ohne Kupplung direkt mit dem Stellantrieb 4 verbunden.

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Claims

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— ίο Patentansprüche:

y Regelventil mit Durchflußgehäuse und darin angeordnetem Ventilsitz, an das Durchflußgehäuse angeschlossenem Gehäusehals und darauf aufgesetztem Stellantrieb mit Ventilspindel,"Rückstellfeder und in dem Gehäusehals gegen den Ventilsitz geführtem Drosselkörper mit Druckausgleichsbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß in den Genäusehals (3) als Rückstellfeder eine die Ventilspindel (6) umgebende Wellrohrfeder (7) eingesetzt und die Wellrohrfeder (7) dicht einerseits

an den Drosselkörper (^), andererseits an das obere Ende des Gehäusehalses (3) angeschlossen ist, und daß der Drosselkörper (8) in an sich bekannter Weise als Kolben mit Druckausgleichsbohrung (-en) (9) im Kolbenboden (10) und gegen die Dichtfläche des Ventilsitzes (2) gerichtetem Kolbenmantel (11) mit konisch zulaufender Dichtkante (12) ausgebildet ist.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrfeder (7) einerseits mit einem Flanschkragen (13) im Bereich des Kolbenbodens (10), andererseits mit einem Montagering (14) verschweißt und dazu als Metallfeder ausgeführt ist.
3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagering (14) mittels Distanzringe (15) unterschiedlicher Höhe einerseits gegen das obere Ende des Gehäusehalses (3), andererseits gegen ein daran angeschlossenes Joch (16) für den Stellantrieb (4) abgestützt ist und die Distanzringe (15) gegeneinander austauschbar sind.
4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäusehals (3), Kolbenführung (17) und Ven-

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tilsitz (2) als einteilige Baueinheit mit zwischen Kolbenführung (17) größer als.der Dichtflächendurchmesser (D_p) des Ventilsitzes (2) gewählt ist.
5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (8) an der Ventilspindel (6) lösbar befestigt, z.B. angeschraubt ist.
6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (10) und der Kolbenmantel (11) als miteinander verschraubbare Einzelteile ausgebildet sind und dadurch der Kolbenmantel von dem Kolbenboden abschraubbar ist.
7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einteilige Ventilspindel (6) einerseits mit dem Drosselkörper (2) und andererseits ohne Kupplung direkt mit dem Stellantrieb (4) verbunden ist.

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